铸造合金的熔炼种类及熔炼设备介绍

图2-20　冲天炉的构造

1—火花罩；2—烟囱；3—加料口；4—加料台；5—炉壳；6—炉衬；7—空气；8—风带；9—炉缸；10—炉底；11—炉底门；12—炉底支撑；13—出铁口；14—窥视孔；15—出渣口；16—前炉；17—风口

1.铸造合金的熔炼及种类

铸件在浇注之前要熔炼金属。熔炼就是将固态金属炉料通过加热转变成具有规定成分和规定温度的液态合金的过程。

目前用于铸造的合金通常可分为铸铁、铸钢和铸造有色合金三大类。

2.铸造合金熔炼的常用设备

在铸造生产中，目前用于熔炼铸铁的设备通常有冲天炉和感应电炉等；熔炼铸钢的设备通常有电弧炉、感应电炉以及平炉和转炉等；熔炼铸造有色合金的设备通常有坩埚炉和感应电炉等。

（1）冲天炉的构造及熔炼

冲天炉是铸铁的主要熔炼设备，它具有结构简单、操作方便、生产效率高、生产成本低、能连续生产等特点，所以在实际生产中使用最为普遍。冲天炉的构造如图2-20所示。

冲天炉是圆柱形竖式炉，它通常由前炉、炉体、送风系统、加料系统和火花捕集器五部分组成。冲天炉的大小是以每小时能熔化多少吨铁水来表示的，如3 t冲天炉即表示每小时能熔化3 t铁水。

前炉：储存铁水，均匀铁水的化学成分和温度，减少铁水与焦炭的接触时间，从而降低铁水的增碳和增硫倾向。

炉体（也称后炉）：由炉底、炉缸和炉身三部分组成。它的主要作用是完成炉料的预热、熔化和过热铁水。

送风系统：由风管、风带和风口组成，其作用是将鼓风机送来的风合理地送入炉内，促使炉内的焦炭燃烧完全。

加料系统：它的作用是把炉料按一定的配比，依次分批地从加料口送入炉内（通常是爬斗式或吊车式）。

火花捕集器：它的作用是收集烟气中的灰尘并熄灭火星。

冲天炉是利用对流原理进行熔炼的。熔炼时焦炭燃烧所产生的热炉气自下而上运动，冷炉料依靠自重从上向下移动，在此逆向运动中将发生以下变化。

1）底焦燃烧。(www.xing528.com)

2）金属炉料预热、熔化并且使铁水温度过热（金属在其熔点以上的加热称为过热）。

3）在炉气、熔渣和焦炭的作用下，铁水的化学成分发生冶金变化（铁水成分的变化是碳增加3.0%～3.4%，硅烧损10%～15%，锰烧损20%～25%，硫将增加）。在实际生产中，可根据原材料的成分以及在熔炼过程中成分的变化情况对所要求的铸铁牌号进行配料。

（2）感应电炉的构造及熔炼

感应电炉是目前铸造生产中使用较为普遍的熔炼设备，它的优点是加热速度快、热量散失少、热效率高、元素烧损少、吸收气体少、温度可控制（最高温度可达1 650℃以上）、可熔炼各种铸造合金、对合金液有电磁搅拌作用、合金液的成分和温度均匀、铸件质量高，所以应用越来越广泛。感应电炉的缺点是耗电量大，去除硫、磷有害元素作用的能力差，要求金属炉料的硫、磷含量低。

感应电炉的结构及外部形状如图2-21所示。感应电炉按电源的工作频率可分为三种，即高频感应电炉（频率为10 000 Hz以上）、中频感应电炉（频率为250～10 000 Hz）和工频感应电炉（频率为50 Hz）。

图2-21　感应电炉结构及外部形状示意图

1—盖板；2—坩埚；3—感应线圈；4—防护板；5—耐火砖；6—底板

感应电炉是根据电磁感应和电流热效应原理，利用炉料内感应电流的热能熔化金属的。如图2-21所示，在盛装金属炉料的坩埚外面绕有一组紫铜管感应线圈。当线圈中通以一定频率的交流电时，在其内外形成相同频率的交变磁场，使金属炉料内产生强大的感应电流，也称为涡流，涡流在炉料中产生的电阻热使炉料熔化和过热。

熔炼中为保证尽可能大的电流密度和保护感应线圈，在感应线圈中应通水冷却。坩埚的材料取决于熔炼金属的类型：熔炼铸铁、铸钢时需用石英砂或镁砂等耐火材料打制坩埚；熔炼有色合金时可用铸铁坩埚或石墨坩埚（坩埚与感应线圈间用耐火材料塞实）。

（3）坩埚炉的构造及熔炼

普通坩埚炉利用热量的传导和辐射原理进行熔炼。熔炼时通过燃料（如焦炭、重油、煤气等）燃烧热量加热坩埚，使坩埚内金属炉料熔化。这种加热方式速度缓慢、温度较低，且坩埚容量小，一般只用于有色合金的熔炼。

图2-22　电阻坩埚炉结构示意图

1—坩埚；2—托板；3—耐热板；4—耐火砖；5—电阻丝；6—石棉板；7—托砖

电阻坩埚炉是利用电热元件通电产生的热量加热坩埚的一种熔炼设备。它主要用于铸铝合金的熔炼，其优点是炉气为中性，铝液不会强烈氧化，炉温易控制，操作较简单；缺点是熔炼时间长，耗电量较大。电阻坩埚炉结构示意图如图2-22所示。